线阵ccd原理及应用实验

彩色线阵CCD多功能实验仪

YHLCCD－IV

验 指 导 手

天津市耀辉光电技术有限公司www.linearccd.cn

实册

彩色线阵多功能实验仪YHLCCD‐IV型 实 验 指 导 手 册

目 录

产品说明书 ................................................2 设备初始化 ................................................6 软件使用说明 ..............................................8

实验规则及注意事项 ........................................ 11

实验一 线阵CCD原理及驱动 ............................... 12 实验二 线阵CCD特性测量实验 ............................. 15 实验三 线阵CCD输出信号的二值化 ......................... 17 实验四 线阵CCD的A/D数据采集 .......

本科学生实验报告

学号 姓名

学院 物电学院 专业、班级 12级光电子班 实验课程名称 线性CCD特性测试实验 教师及职称

开课学期 至 2015学年 学期

填报时间 年 4 月 日

云南师范大学教务处编印

一、实验设计方案 实验序号 实验时间 实验名称 2 4月13日 实验室 小组成员 同析3栋216 邬建飞 马子芳 张涛 线性CCD特性测试实验 1．实验目的：通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量，进一步掌握CCD的有关特性，掌握积分时间的意义，以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。 2． 实验原理、实验流程或装置示意图 两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图2-1所示： 图2-1 两相线阵CCD电荷传输原理示意图 每一相有两个电极（即原理中的一个CCD转移寄存器的MOS电容实际中用两个），这两个电极与半导体衬底间的绝缘体厚度不同，在同一外加电压下产生两个不同深度的势

物理与电子信息学院——电子信息实验技术

光电成像器件实验报告

实验题目 姓名 杨智超 实验二 线阵CCD特性测试实验 组别 双2 班级 13光电子班 日期 学号 2016.6.1 134090340 【实验目的】 通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量，进一步掌握CCD的有关特性，掌握积分时间的意义，以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。 【实验器材】 光电技术创新综合实验平台 1台双踪同步示波器（20MHz以上）1台 线阵CCD模块 1块连接导线 若干 光源特性测量模块 1块CCD光路组件 1套 航空插座连接线 1根 【实验原理】 两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图1所示： 图1 两相线阵CCD电荷传输原理示意图 每一相有两个电极（即原理中的一个CCD转移寄存器的MOS电容实际中用两个），这两个电极与半导体衬底间的绝缘体厚度不同，在同一外加电压下产生两个不同深度的势井，绝缘体薄的那个MOS电容比绝缘体厚的那个MOS电容势井深，只要不是过多的电荷引入，电荷总是存于右边那个势井。图b显示了相位相差180O的驱动脉冲Φ1

摘 要

本论文在探讨CCD的基本结构、工作原理、信号处理及其在线阵传感器中的应用的基础上，对线阵检测技术，特别是基于线阵CCD的特征标志线阵检测技术进行了较为广泛和深入的理论研究。本设计是现代检测技术中线阵检测的应用，对声光效应和图像传感器有机结合的一套测试仪。传统线阵检测技术己难以满足检测要求。因此，特征标志线阵检测技术的理论研究及应用研究具有一定学科前沿性，同时，也具有重要和广泛的实际应用前景。本测试仪包括以下几个部分：1、半导体激光发生器，2、超声波发生器，3、线阵CCD器件，4、电路部分，5、数据采集系统，6、计算机系统。半导体激光器产生激光通过受超声波扰动的介质后发生衍射，衍射光进入线阵CCD器件转化为电信号，电信号经过放大处理和A/D 转化后输入到单片机中，最后经过USB100输入到计算机系统进行数据处理。

关键词：声光效应 线阵CCD 线阵检测 半导体激光发生器

3

Abstract

This thesis focuses on the photoelectric testing technology，especially the technology on the characteristic symb

物理与电子信息学院——电子信息实验技术

光电成像器件实验报告

实验题目 姓名 实验五 面阵CCD时序驱动测试及成像实验 杨智超 组别 双2 班级 13光电子班 日期 学号 2016.6.15 134090340 【实验目的】 1、掌握面阵CCD模块的基本操作； 2、了解行间转移式(interline transter)面阵CCD的基本工作原理、面阵CCD各路驱动脉冲波形意义及相位关系及面阵CCD输出的视频信号特点。 【实验器材】 光电技术创新综合实验平台一台面阵CCD模块一台 带宽50MHz以上双踪迹同步示波器 一台连接导线若干 【实验原理】 1、CCD的基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测，以下分别进行介绍。 (1)光电荷的产生 CCD的首要功能是完成光电转换，即产生与入射的光谱辐射量度成线性关系的光电荷。当光入射到CCD的光敏面时，便产生了光电荷。CCD在某一时刻所获得光电荷与前期所产生的光电荷进行累加。称为电荷积分。入射光越强，通过电荷积分所得到的电荷量越大，获得同等光电荷所需要的积分时间越短。 (2)电荷存储 构成CCD的基本单元是MOS(金属一氧化物一半导体)结构。在栅极施加正偏压之前，P型半导体中空穴(多数载流子)的分布是均

面阵CCD应用技术实验

（一） 面阵CCD原理及驱动实验

【实验目的】

1. 掌握隔列转移型面阵CCD的基本工作原理；

2. 掌握面阵CCD各路驱动脉冲波形及其所涉及部分的功能；

3. 掌握面阵CCD输出掌握面阵CCD实验仪的基本操作和各个部件的功能； 4. 的视频信号与PAL电视制式的关系。

二、实验仪器

1. 带宽50MHz以上双踪迹（或四踪迹）同步示波器一台； 2. YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪一台。

三、实验内容

1. 仔细阅读附录中所叙述的“YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪使用手

册”，并对照实验仪实物进行学习，尤其注意各个开关、测量插孔、连接线的功能，找到内置面阵CCD摄像机与外置面阵CCD摄像机，及其转换开关。

2. 面阵CCD的垂直与水平驱动脉冲的驱动波形、频率、周期、相位的测量方法； 3. 面阵CCD行、场自扫描电视制式的测量； 4. 视频输出信号的测量。 四、数据记录及处理 1.内部控制脉冲SH：

图1-1 SH脉冲波形图 2.ΦV1、ΦV2、ΦV3、ΦV4脉冲波形图

1

图1-2 ΦV1脉冲波形图

面阵CCD系统设计

童列树

一 采集线性CCD像素信息的实现，包括弱信号的提取。描述一种算法，找到特征点，如最大点。 二 采集29×29的CCD点阵信息，提取边界。将点阵当成圆或椭圆，找出圆心并输出.txt格式。

完成内容：

1、分析CCD系统结构；

2、描述信号采集及调理的方案；

3、在MATLAB中从“write.raw”中提取第一行1024个像素点信息，找出其信息最大点，并输出“LinearArrayCCD_Max.txt”文件。从“write.raw”中提取29×29光斑,并找出光斑中心，输出“AreaArrayCCD_Max.txt ”文件。

1，光电成像系统基本组成的框图 CCD、CMOS、CID等 光源光信号传输介质背景噪声光信号光学系统(信号分析器)背景噪声光信号光电摄像器件(信号变换器)噪声信号显示器信号人眼噪声物体(信号源)

CCD （Charge Coupled Device）图像采集系统是指光电成像系统的后半部分。主要由CCD传感器、时序电路、采集电路、信号处理电路等部分组成。

2，CCD图像采集系统

内部数据采集

（采样保持电路）

噪声、干扰 除噪 CCD传感器 外部信号采集 放大输出 有用信号 A/

实验十二 利用线阵CCD进行物体外形尺寸的测量

一、实验目的

通过本实验掌握利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理和方法，用实例 探讨影响测量范围、测量精度的主要因素，为今后设计提供重要依据。

二、实验准备内容

1. 利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理

线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。

CCD 输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。如图3-1所示为测量物体外形尺寸（例如棒材的直径D）的原理图。将被测物体A置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD 像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。 当被均匀照明的被测物体A通过成像物镜成像到CCD的像敏面上时，被测物体像黑 白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD及其

。根据驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图3-1右侧所示的时序电压信号（输出波形）输出波形，可以测得物体A在像方的尺寸D??，再根据成像物镜的物像关系， 找出光学成像系统的放大倍率β，便可以用下面公式计算出物体A的实际尺寸D

D??D??/??

（3-1

CCD应用技术实验指导

天津市耀辉光电技术有限公司

天津大学精密仪器与光电子工程学院

2006年11月

实验规则及注意事项

为了确保线阵CCD应用技术实验的顺利进行，保障人身安全，避免设备损坏，并且达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项，在指导教师的指导下有秩序、按步骤的进行。

1、 在实验之前，实验人员必须阅读本实验指导书中所要求的实验准备内容，并阅读必 要的参考资料。明确实验目的，了解实验内容的详细步骤，达到要求后方能进行实验。

2、 实验进行过程中，必须严格按照指导教师制定的步骤进行实验，不得自行随意进行，否则可能会损坏实验仪，造成严重后果。

3、 要爱护实验仪器和示波器、计算机等实验设备，不允许将其它不相关的仪器在未经许可的情况下与实验仪进行连接。

4、 所有与本实验仪相关的线缆如电源线、示波器地线、计算机USB数据连接线等必须在断电的情况下连接良好，严禁带电插拔所有线缆。

5、 实验时应集中精力，认真实验；遇到问题时，应找指导教师解决；不许自作主张。

6、

所有实验设备应当在确定所有地线良好连接后方可开机上电。

7、 一旦发生意外事故或者实验出现异常现象时，应当立即切断实验设备电源，并如实向指导教师汇报情况。

CCD应用技术实验指导

天津市耀辉光电技术有限公司

天津大学精密仪器与光电子工程学院

2006年11月

实验规则及注意事项

为了确保线阵CCD应用技术实验的顺利进行，保障人身安全，避免设备损坏，并且达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项，在指导教师的指导下有秩序、按步骤的进行。

1、 在实验之前，实验人员必须阅读本实验指导书中所要求的实验准备内容，并阅读必 要的参考资料。明确实验目的，了解实验内容的详细步骤，达到要求后方能进行实验。

2、 实验进行过程中，必须严格按照指导教师制定的步骤进行实验，不得自行随意进行，否则可能会损坏实验仪，造成严重后果。

3、 要爱护实验仪器和示波器、计算机等实验设备，不允许将其它不相关的仪器在未经许可的情况下与实验仪进行连接。

4、 所有与本实验仪相关的线缆如电源线、示波器地线、计算机USB数据连接线等必须在断电的情况下连接良好，严禁带电插拔所有线缆。

5、 实验时应集中精力，认真实验；遇到问题时，应找指导教师解决；不许自作主张。

6、

所有实验设备应当在确定所有地线良好连接后方可开机上电。

7、 一旦发生意外事故或者实验出现异常现象时，应当立即切断实验设备电源，并如实向指导教师汇报情况。